重点实验室在铅基快堆包壳用含Si奥氏体不锈钢研究方面取得新进展

2020-11-19 16:06


       铅基快堆具有优良的热工水力性能和安全性,发展潜力广阔,但其采用液态铅或铅铋共晶合金(LBE)作为冷却剂,这种LBE冷却剂对常规金属材料具有较强腐蚀性,材料问题已成为制约铅基快堆发展的瓶颈问题之一。奥氏体不锈钢是一类成熟的快堆包壳结构材料,综合性能优异,已在钠冷快堆中广泛应用并积累了大量数据,提高奥氏体不锈钢耐液态铅铋腐蚀性能是其在铅基快堆中应用的关键。重点实验室与中广核研究院在316Ti、15-15Ti等奥氏体不锈钢的研究基础上,通过优化Si、Cr等元素含量开发出一种名为CLRASS不锈钢的铅基快堆包壳用材料,并实现其20%预变形冷轧系列成分板材的制备。作为铁素体形成元素,一般在奥氏体不锈钢中添加Si元素会降低材料的组织稳定性和力学性能。CLRASS不锈钢通过合理的成分设计,考虑不同类型元素平衡,在1.0-2.0 wt.%的Si含量范围内材料制备过程中未出现铁素体,这为采用Si元素优化CLRASS不锈钢的抗辐照肿胀性能和耐高温液态铅铋腐蚀性能及后续的相关成分优化提供了可行性。此外,CLRASS不锈钢力学性能研究表明,Si元素能够提高合金的抗拉强度同时不降低其均匀变形塑性。对于CLRASS不锈钢20%预变形板材样品,当Si含量由1.0 wt.%升高至2.0 wt.%,合金抗拉强度由703 MPa提高至780 MPa,但其均匀延伸率却始终保持在16%左右。这是因为Si元素的加入降低了合金的层错能,其在CLRASS不锈钢预变形过程中促进变形孪晶形成。变形孪晶在CLRASS不锈钢晶粒内均匀分布,能够起到阻挡位错的作用同时不易引发应力集中,同时提高合金的强度和塑性。相关研究结果已发表于:Acta Metall. Sin., (English letter.), 33, 2020, 1583-1590。



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Si含量为(a)1.0、(b)1.5和(c)2.0 wt.% CLRASS不锈钢的显微组织形貌与室温拉伸性能







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